基于WiFi技术的便携式耳鼻喉内视镜系统设计*

周建萍， 刘洪英,2， 皮喜田,3， 罗恩斯， 尹 曼， 蔡金芷

(1.重庆大学 生物工程学院，重庆 400030；2.重庆市医疗器械电子工程技术研究中心，重庆 400030；3.新型微纳米器件与系统技术国防重点学科实验室，重庆 400030)

0 引 言

常规的耳鼻喉诊断设备体积较大，不方便携带，价格比较昂贵，在我国基层医疗机构和普通家庭中不具有普及性，无法应用到耳鼻喉的日常检查中，往往延误了最佳的治疗时间。在远程医疗和无线传输技术快速发展的形势下，将无线技术应用于医疗设备中也是一大热点[1，2]。因此，本文研究了适用于基层医疗机构和普通家庭的耳鼻喉内窥镜系统，利用图像采集技术和WiFi技术，以微处理器为核心，进行上位机程序设计，实现了对患者的健康状况进行诊断和跟踪研究。

1 系统总体设计

系统主要包括仪器端和医生管理端两大模块，系统框图如图1所示。仪器端对耳鼻喉图像进行采集、存储，图像通过WiFi传输到医生管理端并实时显示，利用数据库技术对患者信息和采集图像进行管理、处理，实现电子化病历，以便对患者的健康情况进行诊断和跟踪研究。

图1 系统框图

2 系统硬件设计

系统硬件结构框图如图2所示，仪器端主要包括摄像头模块、视频解码模块、主控模块、液晶显示模块、WiFi模块、电源模块、按键模块。摄像头模块采用CMOS图像传感器，采用贴片LED作为照明光源，其前端采用医用不锈钢进行封装，有利于散热。视频解码模块采用TVP5150芯片，与摄像头模块相连，实现模拟信号与数字信号的之间的转换[3]。主控模块为采用S3C6410X—66H芯片，主要用于引导系统启动、加载内核、文件系统工作、对图像进行处理和存储等[4]。液晶显示模块LQ035NC111，实时显示当前采集的图像、时间等相关信息。WiFi模块的主控芯片为RT5350，支持HTPP协议[5]，实现仪器端与医生管理端之间的图像传输。按键模块包括电源键、待机键、菜单键、上、下键、无线开关键。电源模块采用可充电锂电池供电，可通过电源适配器对锂电池充电。

图2 系统硬件结构

3 上位机程序设计

医生管理端基于WinForm，采用Visual Studio2015作为开发平台，利于C#语言进行程序开发，采用sql server2012作为数据库，并采用ADO.NET技术与数据库进行连接。在医生管理端，医生通过视频预览、图像处理、诊断管理等功能更加客观地给出诊断意见，利用数据库技术对患者信息和耳鼻喉图像进行管理，实现电子化病例[6]，同时有利于开展远程会诊和教学。医生管理端软件框架如图3所示。

图3 管理端软件框架

3.1 图像的实时显示

由于WiFi模块支持HTTP协议，有特定的端口号，图像以视频流(格式为MJPG)进行传输，因此，可以利用Aforge类库实现图像的接收和实时显示。Aforge是一种.NET开发的开源图像、视频处理库[7]。在利用C#进行界面设计时，需要引用AForge.Controls.dll，AForge.dll，AForge.Imaging.dl，AForge.Video.DirectShow.dll，AForge.Video.dll，然后利用AForge.NET实时获取仪器端通过WiFi发送过来的MJPG视频流，最后利用videoSourcePlayer实现图像的实时显示。首先定义一个MJPEGStream类对象，对WiFi模块的协议和端口号进行定义来获取MJPG视频流，然后将MJPG视频流赋给videoSourcePlayer.VideoSource，通过videoSourcePlayer来控制视频的开启和关闭，即

videoSourcePlayer.Start();∥开启视频

videoSourcePlayer.Stop();∥关闭视频

3.2 图像保存功能

由于医生需要对患者耳鼻喉病症重要的图像存档，以便后续的诊断和研究，因此，医生管理端应该具有图像保存的功能。

首先定义图片的保存位置和名称，之后对当前重要的图像保存到指定路径,利用Bitmap类定义空图片，然后通过videoSourcePlayer.GetCurrentVideoFrame()获取图片，核心代码如下：

string fileImageName=System.DateTime.Now.ToString(“yyyy年MM月dd HH时mm分ss秒”)+“-”+number+“bmp”;∥图片的名称

string fileCapturePath=g_s_AutoSavePath+“”;∥图片保存的位置

bmp=videoSourcePlayer.GetCurrentVideoFrame();∥获取图片

bmp.Save(fileCapturePath+fileImageName,System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Bmp);∥图片保存到指定位置

3.3 耳鼻喉图像处理

由于图像在传输过程中会受到相关噪声的干扰，为了医生更加客观地作出诊断，在医生管理端增加了图像处理功能，利用图增强技术，突出图像的病变区域。为了还原耳鼻喉的真实情况，选择对彩色图像进行直方图均衡化。直方图均衡化的基本思想是：对在图像中像素个数多的灰度级进行展宽，而对像素个数少的灰度级进行缩减，达到清晰图像的目的[8]。先将原始图像的RGB空间转换为HSV之后，对V分量进行直方图均衡处理避免保存图像色彩失真[9]。

本文采用MATLAB与C#混合编程实现直方图均衡化，首先利用MATLAB自带的deploytool工具将直方图均衡化的算法的.m文件编译成COM组件，并在C#中直接调用该COM组件[10,11]。具体步骤如下：

1)首先在MATLAB中编写彩色图像直方图均衡化函数Junheng(filename)，其函数输入为待处理图像的文件路径，输出为经过处理之后的图像，调用rgb2hsv()将图像转换成HSV，提取V通道，调用histeq()对V通道进行直方图均衡化，得到最终的处理图像，并将函数保存为.m文件；

2)利用MATLAB的deploytool工具将.m文件编译成C#可以引用的COM组件Junheng.dll；

3)在C#中添加Junheng.dll引用，创建Junheng对象，调用彩色图像直方图均衡化函数Junheng(filename)，实现图像增强。

4 系统测试

为了验证系统的可行性，制作了原理样机(即仪器端)，结合医生管理端，对几名受试者的耳朵进行了检查。仪器端通电后，打开WiFi，PC与WiFi连接成功之后，登录医生管理端，进入主界面，填写受试者信息，并点击开始按钮进行检查，同时医生管理端实时显示检查图像。测试结果表明：仪器端可以对耳部、鼻部、喉部进行检查，具有图像采集、存储、回放等功能，同时仪器端的图像可以通过WiFi稳定地传输至医生管理端实时显示，并可建立电子化病历，便于医生后续的诊断和观察，具有实用价值。

5 结束语

设计了一种基于WiFi技术的便携式耳鼻喉内视镜系统，包括仪器端和医生管理端。与传统的耳鼻喉内窥镜设备相比，仪器端采用嵌入式微处理器作为主控模块，具有便携式、小型化、低功耗的特点；医生管理端可以实现耳鼻喉图像的实时显示，结合数据库技术实现电子化病历，以便对患者的健康情况进行诊断和跟踪研究。但是在图像处理方面仅采用了直方图均衡化方法，为了提高图像的质量，将进一步开展相关图像的处理工作，使系统更加完善。

[1] 严春美,吕晓荣,许云红.移动医疗服务技术研究进展与发展前景[J].传感器与微系统,2013,32(2):1-3，7.

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[3] 张 新,张 雯,贺云璐,等.TVP5150AM1芯片在视频采集系统中的应用[J].西安邮电大学学报,2013,18(4):51-54，99.

[4] 胡世敏.基于S3C6410的视频监控系统的设计与实现[J].现代电子技术,2011,34(20):63-66.

[5] 袁新娣,李秋生.基于RT5350的嵌入式无线视频数据采集系统[J].安徽大学学报：自然科学版,2014,38(6):60-65.

[6] 吕晓荣,王福胜.基于物联网技术的电子病历系统研究进展[J].传感器与微系统,2013,32(1):1-4，12.

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[10] 姚光强,陈立平.基于COM技术的C#与Matlab混合编程[J].计算机工程,2008(14):87-89，94.

[11] 陈爱梅,李慧东.Matlab与C#混合编程在数字图像处理中的应用[J].电脑开发与应用,2014,27(11):67-69.